(57)【要約】【課題】  低エネルギー電子加速器は容易に遮蔽できるため設備投資額が少なくて済むが、低エネルギー電子線は、比重が１ｇ／ｃｍ3程度の液状物質中へ０．１ｍｍ程度しか透過しないため、大量の液状物質の放射線加工処理には適さないと考えられていた。【解決手段】  液状物質の放射線加工処理には不適当と考えられてきた低エネルギー電子加速器を用い、工業的かつ経済的に液状物質を放射線加工処理する方法であって、液状物質を放射線揚の外に置いた循環槽から低エネルギー電子加速器の出ロ窓下に設置した照射槽へ送りこみ、照射槽内の照射面下部から照射面表面へ流出させて低エネルギー電子線を照射した後、循環槽へ回収することを繰り返し、液状物質を低エネルギー電子加速器で放射線加工処理する方法。【選択図】図２
2005300334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速電圧が２００〜５００ｋＶである低エネルギー電子加速器を放射線源とすることを特徴とする液状物質の照射方法。
【請求項２】
放射線遮蔽体の外に置いた循環槽と低エネルギー電子加速器の出ロ窓下に置いた照射槽を液状物質が循環することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
照射槽内の中央に設置された上に凸の円盤状である照射面の中心部から液状物質が湧きだし、電子線照射を受け、循環槽へ戻る循環工程を所定時間継続することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低エネルギー電子加速器を用いて、大量の液状物質を経済的かつ工業的に放射線加工処理する方法に関する。
放射線の電離及び励起作用によって開始する放射線化学反応は、省エネルギー反応として工業的利用が進んでいる。放射線化学反応の工業利用は、放射線加工といわれ、電線の耐熱性改善や医療用具の滅菌に普及しているように、固体の最終製品への放射線照射が主流である。液状物質（溶液及び固液分散体）の放射線加工処理としては、一般廃水の殺・滅菌、工業廃水の脱色、天然ゴムラテックス（固液分散体、以下ラテックスと略称する。）の放射線加硫、水溶液中多糖類の放射線分解などの研究開発が行われてきたが、実施例は少ない。液状物質の放射線加工処理が実施しにくい原因は、放射線設備設置に多額の経費を必要とすることがあげられている。
放射線加工処理に利用できる放射線源としては、放射性同位元素であるＣｏ−６０と電子加速器がある。Ｃｏ−６０と電子加速器からの放射線は、それぞれガンマ線及び電子線である。電子加速器には加速電圧が５ＭＶ以上の高エネルギー電子加速器、加速電圧が５００ｋＶから５ＭＶの中エネルギー電子加速器及び加速電圧が５００ｋＶ以下の低エネルギー電子加速器の３種類がある。これらの放射線源のなかで低エネルギー電子加速器は、Ｃｏ−６０や中・高エネルギー電子加速器に比較して経済性にすぐれている。なぜなら、物質中への透過力の大きなＣｏ−６０からのガンマ線は、重厚長大な遮蔽を必要とする。また、電子線は物質との相互作用でＸ線を発生するが、Ｘ線の透過力は電子線のもつエネルギーに依存し、高エネルギー電子加速器、中エネルギー電子加速器では、Ｃｏ−６０からのガンマ線並の遮蔽を要する。これに対し、低エネルギー電子加速器からのＸ線は、厚さが５ｍｍ以下の鉛板で容易に遮蔽できるため、設備投資額が少なくて済む。しかし、低エネルギー電子加速器からの電子線（低エネルギー電子線と略称する。）は、比重が１ｇ／ｃｍ3程度の液状物質中へ０．１ｍｍ程度しか透過しないため、液状物質の放射線加工処理には適さないと考えられていた。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、代表的な液状物質であるラテックスを用い、低エネルギー電子加速器による放射線加工を試みた。特許第３４３１１０５号、は回転ドラム式の照射反応槽で、ラテックスはラテックス貯槽に接触する回転ドラムの表面に薄く付着し、回転して加速器下部で電子線を吸収する。照射されたラテックスは、ナイフエッジで剥ぎ取られる。回転ドラム式の照射反応槽では、回転ドラム表面へのラテックスの不均一な濡れやナイフエッジによる回転ドラム表面の損傷、回転ドラム駆動チェーン用潤滑剤の放射線劣化などの問題があり、工業的な実施は困難と判断された。
【０００３】
特許第３３８６８９６号は、かき混ぜ機の付いた槽型反応槽を用いるものである。これは、かき混ぜ装置の付いた照射容器、すなわち反応槽を電子線出ロの真下に設置する。この方法の技術問題は、かき混ぜによる泡の発生であった。ラテックス表面０．１ｍｍの薄層での局部的高線量率照射による不均一加硫を防止するには、効率的なかき混ぜを必要とする。かき混ぜ速度を大きくするとラテックスに泡が発生し、表面に浮かぶ泡が電子線を吸収し、黒こげ状態となって表面を覆ってしまう。泡の発生は、ラテックスの濃度に依存し、４０％以上のラテックスでは消泡剤の添加による消泡効果にも限界があった。また、反応槽下部から挿入するかき混ぜ機の軸受け部におけるラテックスの凝固の問題も発生した。これは、軸受け部においてラテックスに機械的応力がかかるためであり、解決は困難であった。
【０００４】
特許第３４３１１０４号は、かき混ぜと照射を分離する方式である。かき混ぜ機の付いたラテックス貯槽を加速器の外に設置し、ここからラテックスをポンプによって電子線出口の真下に設置した傾斜板最上部へ送り込む。ラテックスは、傾斜板の最上部から流れだして電子線の照射を受ける。電子線照射されたラテックスはポンプを用いてラテックス貯槽に戻される。この方式の問題は、ラテックスが傾斜板の中央部に集中して流れ、傾斜板全体ヘラテックスを均一に流すことが難しいことであった。また、傾斜板下部は電子線出ロ窓からの距離が大きくなり、ラテックスに到達するまでに電子線の大部分が空気に吸収され、電子線利用効率が低くなるという問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このように液状物質の放射線加工処理には不適当と考えられてきた低エネルギー電子加速器を用い、工業的かつ経済的に液状物質を放射線加工処理する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決する方法を鋭意検討し、本発明に至った。本発明においても液状物質の代表例となるラテックスは、特許第３４３１１０４号と同様にかき混ぜ装置の付いた循環槽と照射槽を循環する。しかし、本発明では、特許第３４３１１０４号の単純な傾斜板の代わりに、中央にラテックスわき出し口の付いた皿状の照射面を用いる。これにより傾斜板全体ヘラテックスを均一に流すことが可能となる。また、照射面の傾斜を緩やかにすることで、照射面最外周辺部と電子線出口窓との距離は小さくなり、電子線の大部分がラテックスに吸収され、電子線利用効率が高くなった。
【発明の効果】
【０００７】
放射線遮蔽体の外に置いた循環槽の液状物質は送入ポンプによって照射槽の中央に設置されたゆるやかな傾斜面から成る上に凸の円盤状の照射面に送られ、照射面の中央部であふれ、照射面を四方へ向かって流れ、その間に低エネルギー電子加速器からの電子線の照射を受ける。電子線の照射を受けた液状物質は照射槽下部から回収ボンプによって循環槽へ送られる。このように液状物質を照射面と循環槽の間を循環することにより、透過力の弱い低エネルギー電子線を用いた場合でも、大量の液状物質の放射線加工処理を経済的かつ工業的に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に低エネルギー電子加速器による液状物質の照射方法を示した。１１は遮蔽体で、この内部に放射線発生装置である低エネルギー電子加速器１と照射槽４及び照射面５が設置されている。遮蔽体１１の外には、送入ポンプ６、回収ポンプ７、配合ラテックス貯槽８、切替バルブ９、循環槽１０及び照射ラテックス貯槽１２が設置されている。ラテックスは最初、配合ラテックス貯槽８において放射線加硫促進剤を配合される。所定量の配合ラテックスは循環槽１０へ送られる。ここからラテックスは送入ポンプ６で照射槽４へ送られる。
【０００９】
図２には遮蔽体内部の構造を示した。低エネルギー電子加速器１で発生した電子線３は、電子線出ロ窓２を通過して電子加速器外部へ放出され、照射槽４内に設置された照射面５の表面を照射する。ラテックスは、送入ポンプ６によって照射面に送られる。照射面はゆるやかな傾斜面から成り、照射面の中央部であふれ、照射面表面を四方へ向かって流れ、その間に電子線の照射を受ける。電子線の照射を受けたラテックスは照射槽下部から回収ポンプ７によって循環槽１０へ送られる。このようにラテックスは照射面と循環槽の間を所定時間循環した後、切替バルブ９をとおして照射ラテックス貯槽１２に送られる。循環槽の中のラテックスがなくなると、配合ラテックス貯槽から所定量の配合ラテックスが循環槽へ送られ、半連続的な運転がとられる。
【００１０】
本発明でいうところの低エネルギー電子加速器とは、加速電圧が２００ｋＶ〜５００ｋＶの電子加速器である。加速電圧が２００ｋＶ以下の電子加速器では、得られる電子線の大部分がラテックス上部の空気に吸収され、ラテックスが吸収できる電子線の量が低いため本発明には不適である。加速電圧が５００ｋＶ以上の電子加速器では、Ｘ遮蔽の経費が嵩むため、本発明の趣旨に沿わず、好ましくない。電子銃の形状や加速電圧の昇圧方式、遮蔽方式などの違いによるさまざまな形式の低エネルギー電子加速器が市販されているが、本発明はいかなる低エネルギー電子線にも適応できる。ビーム電流は特に規定する必要はないが、放射線反応処理能力はビーム電流と加速電圧との積に依存するから、放射線反応処理量に応じてビーム電流を決めればよい。本発明では、後述のように、電子線出ロ窓下に照射槽を設置するため、電子線出口窓下に照射槽を設置するに足る空間を有する低エネルギー電子加速器である必要がある。なお、低エネルギー電子線は、電子線出口窓でも吸収されるので、電子線出ロ窓材料を出来るだけ薄くすることが望ましい。また、大きな電子線出口窓を使用すると、電子線出口窓の補強材及びその冷却が必要となり、電子線の損失が増加するので、小さな電子線出口窓の電子加速器を選ぶことが望ましい。なお、電子線の発生にともなって空気中の酸素が酸化されオゾンが発生するので、オゾンを遮蔽体外へ誘導するためのブロワーを設置する必要がある。
【００１１】
照射槽は照射面を保持し、照射面から流下するラテックスを回収し、それを回収ポンプにより循環槽へ戻すためのものであり、低エネルギー電子加速器の真下に配置される。照射槽の形状は円筒型もしくは図２のような椀型で、蓋は必要なく、照射槽の電子線出ロ窓に面し開口している。ラテックスを回収するため照射槽の底部はロート状である。照射槽の壁面に散乱電子線が当り壁面が過熱されるのを避けるため、照射槽の電子線出ロ窓に面する開口部の直径は、電子線出口窓の最大長さよりも１５ｃｍ以上大きくすることが望ましい。照射槽の深さは、照射面の大きさに依存するが、送入ポンプ及び回収ポンプの不具合の場合に、照射槽内からラテックスが溢れ出すことを防止するため、電子線出口窓下空間の許す範囲で深くとることが望ましい。
【００１２】
照射槽の内部に設置する照射面は、ラテックス送入ポンプにより送られてきたラテックスがその中央部であふれ出し、照射面を四方へ向かって流れ、その間に電子線の照射を受けるためのものである。照射面の形状は、円盤状で、その直径は電子線出口窓より１ｃｍ以上大きくし、電子線をラテックスに無駄なく吸収する。照射面は、傾きが５°〜２０°の傾斜する構造である。照射槽内からラテックスが溢れ出すことを防止するため、ラテックス送入ポンプの流速は、ラテックス回収ポンプの流速より数％程度小さく設定する。
【００１３】
空気の電子線照射によって発生するオゾンは、鉄や真鍮等を酸化腐食するので、照射槽及び照射面は鉄や真鍮を避け、ステンレス製とする。
【００１４】
以下に本発明の実施例について説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【実施例１】
【００１５】
本実施例で使用した低エネルギー電子加速器は、岩崎電気株式会社製ＥＣ２５０／１５／１８０ＬＣ３Ｄであり、これは、最大加速電圧が２５０ｋＶの電子加速器で、最大ビーム電流は１０ｍＡである。電子線有効照射幅、すなわち電子加速器から照射槽に取り出して被処理物に照射できる電子線の照射幅は６．２ｃｍ×２０．３ｃｍである。本発明者等は、かかる装置を用い、加速電圧を２５０ｋＶ、ビーム電流を５ｍＡとして以下のようなラテックスに対する電子線加硫処理の実験を行った。
【００１６】
ラテックスヘの電子線照射時間は、照射温度、加速電圧、ビーム電流、ラテックスの量、照射窓部からラテックスまでの距離、後述する窓箔やプロテクト用の箔の材質、促進剤の有無、ラテックスの種類等による。電子線照射時間が少なすぎても多すぎても、処理後のラテックスの強度は低くなるため、適当な電子線照射時間がある。なお、この時間は、促進剤の添加の有無によっても異なる。少ない時間で効率良く加硫を促進するため、本実施例では、１，９ノナンジオールジアクリレート（ＮＤＤＡ）を使用した。ＮＤＤＡの添加量は、ラテックス中のゴム１００重量部に対して５重量部であった。ＮＤＤＡは、乳化剤であるラウリル酸カリウムと水及びＮＤＤＡを１：４９：５０の重量比で混合して得たエマルションの形でラテックスに添加した。
【００１７】
ラテックスは最初、配合ラテックス貯槽においてＮＤＤＡエマルションを配合される。ついで、所定量の配合ラテックスは循環槽へ送られる。ここからラテックスは毎分１．８リットルの流量で照射槽へ送られる。なお、本実施例で使用したポンプは、Ｍａｓｔｅｒｆｌｅｘ杜製のチューブ式ポンプＬ／Ｓ型で、チューブは内径７．９ｍｍのシリコン製である。
【００１８】
照射槽は椀型の構造で、電子線出ロ窓に面する開口部の直径は４０ｃｍである。深さは３０ｃｍであった。照射槽内部に設置された照射面は、上に凸の逆皿の形状をしており、直径２２ｃｍ、高さ２ｃｍの円盤状である。ラテックスは送入ポンプによって照射面の下部から中央に送られ、所定の角度に設置された照射面の中心部から湧きだし、照射面の中央で四方に流出する。ラテックスは、電子線窓ロを通過してきた電子線の照射を受けた後、照射槽下部へ落下する。照射面の直径は、ラテックスが電子線を無駄なく吸収するよう電子線有効照射幅よりも大きくした。照射面の直径が電子線有効照射幅よりも小さいと、照射面外周辺部でラテックスの焦付が生じる場合がある。これは、ラテックスの表面張力のため照射面外周辺部でラテックスが盛り上がり、ラテックスの流速が表面で小さくなるためである。これを防ぐには、照射面外周辺部の傾きを急勾配にすればよいが、最前の方法は照射面の直径を電子線有効照射幅よりも大きくし、照射面外周辺部に電子線が照射されないようにすることである。これによって、電子線の利用効率も高まる。照射槽と照射面の材質はステンレスＳＵＳ３０４であった。
【００１９】
低エネルギー電子線は空気によっても吸収されるため、照射面は電子線窓ロになるべく近づけることが望ましい。しかし、あまり近すぎると、ポンプの不整脈によってラテックスが電子線窓に飛び散り、窓材の損傷を招くことがある。このため、本実施例では照射面と電子線窓口との距離は１０ｃｍとした。本実施例では照射面の傾きを１０°としたが、この傾きが大きすぎると、照射面周辺部と電子線窓ロとの距離が大きくなり、ラテックスが吸収する電子線の量が減少する。この傾きが小さすぎると流れが不均一になる。照射面上におけるラテックスの層の定常的な厚さは、主に送入ポンプによって送り込まれるゴムラテックスの流量で決まり、照射面の傾きにはあまり依存しないので、照射面の傾きは５°〜２０°の範囲内で適当な値に調整すればよい。
【００２０】
照射槽下部は回収ポンプに接続しており、照射面から照射槽に流れ落ちたラテックスは、回収ポンプによって循環槽へ送られ、送入ポンプで再循環される。回収ポンプの流速は、毎分１．９リットルで、送入ポンプの流速より大きく設定し、照射槽内からラテックスが溢れ出すことを防止した。工業的な実施では、ラテックスは所定時間循環した後、切替バルブをとおして照射ラテックス貯槽に送られる。循環槽の中のラテックスがなくなると、配合ラテックス貯槽から所定量の配合ラテックスが循環槽へ送られ、半連続的な運転がとられる。本実施例では、循環槽へ戻ってきた照射ラテックスが循環槽で混合される前に切替バルブ下において、１０分間隔で採取サンプリングした。
このようにして電子線照射処理が行われた照射ラテックスを、水平なガラス板の上に流延し、室温で透明になるまで乾燥した後ガラス板から剥離し、厚さ０．４５ｍｍのフィルムを得た。これを１％のアンモニア水中に一昼夜浸積した後８０℃で１時間乾燥した。ゴムフィルムの物性は、ＪＩＳ  Ｋ−６３０１の方法にしたがって測定した。表１には、上記の方法で行った電子線照射時問数と製造されたゴムフィルムの引張強さとの関係を示した。
表１  照射時間（分）と引張強さとの関係
──────────────────────
照射時間（分）     引張強さ（ＭＰａ）
──────────────────────
０                   ９
１０                 １６
２０                 ２５
３０                 ２８
４０                 ２７
５０                 ２３
６０                 ２１
７０                 ２０
──────────────────────
【００２１】
表１から明らかなように、引張強さは照射時間の増加とともに増加し、２０分の照射で２５ＭＰａとなり、３０分の照射で最大引張強さに到達した後低下した。これは、Ｃｏ−６０を線源とする通常の放射線加硫と同様な挙動である。ゴム手袋の製造には２５ＭＰａ以上あればよいので、本発明によってゴム手袋の製造に適したラテックスが得られることを如実に示している。なお、本発明による電子線加硫ラテックスからゴム手袋を製造するには、通常の浸せき法がそのまま適用できる。
【実施例２】
【００２２】
ついで、本装置を用い水溶液中多糖類の放射線分解を行った。使用した多糖類は、初期分子量が１１３，９００のアルギン酸ナトリウムで、１０％水溶液としラテックスと同様にして電子線照射を行なった。所定時問毎サンプリングし、分子量をゲルクロマトで測定した。表２には照射によるアルギン酸ナトリウムの分解挙動を、照射時聞（分）と数平均分子量との関係で示した。この実施例においても、アルギン酸ナトリウムは照射時間の増加とともにその分子量が低下しており、本発明の有効性を実証している。なお、低分子量化したアルギン酸ナトリウムは、米国特許６，１１７，８１５に記載されているように、植物成長促進剤として顕著な作用を有し、本発明の工業的意義は大きい。
【００２３】
以上、ラテックスの放射線加硫及び水溶液中多糖類の放射線分解への応用実施例を示したが、本発明は、ラテックスや水溶液のみならず一般廃水の殺・滅菌、工業廃水の脱色等にも即利用できることは言をまたない。
表２  照射時聞（分）と数平均分子量との関係
────────────────────
照射時間（分）      数平均分子量
────────────────────
０           ｌ１３，９００
１０            ２６，６００
２０            １７，９００
３０            １４，３００
４０            １１，４００
５０              ９，８００
６０              ８，５００
────────────────────
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の照射方法によれば、ラテックスの放射線加硫、水溶液中多糖類の放射線分解、一般廃水の殺・滅菌、工業廃水の脱色等液状物質の放射線加工処理を工業的に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例において使用した低エネルギー電子加速器による液状物質の照射方法である。
【図２】本発明の一実施例において使用した遮蔽体内部の構造図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  低エネルギー電子加速器    ５  照射面                ９  切替バルブ
２  電子線出口窓              ６  送入ポンプ            １０  循環槽
３  電子線                    ７  回収ポンプ            １１  遮蔽体
４  照射槽                    ８  配合ラテックス貯槽    １２  照射ラテックス貯槽
【図１】
2005300334.tif 000003
【図２】
2005300334.tif 000004